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林科院儲富祥/南林大盧傳巍 AFM：纖維素可控修飾重組構筑生物基可塑熱固性樹脂新策略

2023-11-07 來源：高分子科技

可塑熱固性樹脂作為一種新型動態共價交聯聚合物，不僅具有傳統熱固性樹脂優異的機械性能與化學穩定性，同時兼具熱塑性材料的可塑性，然而目前制備可塑熱固性樹脂大多依賴石油基資源。纖維素作為儲量最豐富的可再生資源，被認為是替代石油資源制備可塑熱固性樹脂的理想候選材料。要實現纖維素在可塑熱固性樹脂材料的高效利用，其關鍵在于精細構筑基于纖維素的動態共價交聯分子網絡結構。然而，目前利用纖維素進行化學修飾與重組構筑結構明確、性能穩定的纖維素基可塑熱固性樹脂仍然是一個巨大的挑戰。

近日，中國林科院儲富祥研究員與南京林業大學盧傳巍副教授提出了一種“動態位阻脲鍵與自由基聚合”相結合的構筑策略，開發了一種具有快速光固化、機械強韌、高效回收再加工性能的纖維素基可塑熱固性樹脂（CMTs）。該策略通過對纖維素進行可控修飾制備同時含有動態位阻脲鍵（HUB）及丙烯酸酯基團的纖維素基大分子單體(HTC)，然后利用HTC與油脂衍生單體（LMA）通過快速光固化制備了具有“軟-硬”相交替結構的可塑熱固性樹脂。該可塑熱固性樹脂表現出優異的機械柔韌性，并且可以通過粉碎熱壓和溶劑再生的方式進行回收再利用。此外，該可塑熱固性樹脂可以通過摻雜或表面涂覆導電銀漿制備電熱器件或電容式傳感器等電子器件并成功應用于除冰、抗冰、濕度監測及人體健康監測等領域。

圖1（a）CMTs的合成路線。（b）CMTs/銀復合材料及CMTs基電容傳感器的制備方法與應用示意圖。

圖2（a-b）HTC與CMTs的紅外光譜。（c-e）CMTs熱力學性能曲線。（f-h）CMTs光固化3D打印示意圖及應用。（i）CMTs出色的光學透明度。

圖3（a-c）CMTs的機械性能。（d-e）CMTs的斷裂面形貌。（g-h）CMTs的承重能力與粘結性能。

圖4（a-d）CMTs回收再加工過程及回收再加工機理。（e-h）回收前后CMTs的機械性能、熱性能。

圖5（a-c）CMTs/銀復合材料焦耳熱效應。（d-f）CMTs/銀復合材料在抗冰、除冰中的應用。

圖6（a）CMTs基電容傳感器的照片和等效電路圖。（b-e）MTs基電容傳感器在濕度傳感領域的應用。

圖7 CMTs基電容傳感器在監測人體運動、呼吸、脈搏等領域應用。

該工作以“Fast-photocurable, Mechanically Robust, and Malleable Cellulosic Bio-thermosets Based on Hindered Urea Bond for Multifunctional Electronics”為題發表在《Advanced Functional Materials》上。南京林業大學碩士生沈熠與博士生賈倩倩為文章的共同第一作者，通訊作者為南京林業大學盧傳巍副教授。該工作得到國家自然科學基金青年項目(32201498)，國家自然科學基金重大項目(31890774)的支持。

原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202310599

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（責任編輯：xu）

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